【正文】 ）利用 FFT 函數(shù)求相位差的程序框圖 由前面板可以看出，相頻譜是比較亂的，有一些不應(yīng)該出現(xiàn)的譜線混雜其中。 （圖 52）虛擬相關(guān)分析法相位差的前面板 注意： LABVIEW 中使用的自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)計(jì)算公式稍有不同，從 數(shù)組序列取出 R^x(0),R^y(0),R^xy(0)時(shí)，不是對(duì)應(yīng) k=0 處，例如：當(dāng)取樣點(diǎn)數(shù)為 101 時(shí)，對(duì)應(yīng)的R^x(0),R^y(0),R^xy(0) 的 點(diǎn) 應(yīng) 是R^x(100),R^y(100),R^xy(100)，在框圖中應(yīng)作相應(yīng)處理。結(jié)于事后記錄圖 Graph 方式來說，它的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為數(shù)組，也就是就 Graph 顯示是將構(gòu)成數(shù)組的全部測(cè)量數(shù)據(jù)一次顯示完成；而實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖Chart 方式是實(shí)時(shí)顯示一個(gè)或幾個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，而且新接收數(shù)據(jù)點(diǎn)要接在原有波形的后面連續(xù)顯示。 分解（ Unbundle）簇 Unbundle 功能是 Bundle 的逆過程，它將一個(gè)簇分解為若干分離的元件。如果你想將一個(gè)簇與另一個(gè)簇連接，這兩個(gè)簇的序和類型必須同一。一個(gè)簇中的對(duì)象必須全部是 Control，或全是Indicator，不能在同一個(gè)簇中組合 Control 與 Indicator，因?yàn)榇乇旧淼膶傩员仨毷瞧渲兄弧? (5). Build Array 建立一個(gè)新數(shù)組。 (2)． Index Array 返回輸入數(shù)組中由輸入索引指定的元素。數(shù)組常由 LOOP 循環(huán)來創(chuàng)建，其中，其中 For 循環(huán)是最佳的 ，因?yàn)樵谘h(huán)開始時(shí)它已經(jīng)分配好了內(nèi)存。比較節(jié)點(diǎn)在比較兩個(gè)數(shù)字值時(shí)，會(huì)先將其轉(zhuǎn)換為同要類型的數(shù)字。但與一般編程語(yǔ)言提供的運(yùn)算符相比， LABVIEW 的數(shù)學(xué)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)功能更強(qiáng)，使用更靈活，它不僅支持單一的數(shù)值量輸入，還可以支持處理同類型的復(fù)合型數(shù)值量，比如由數(shù)值量構(gòu)成的數(shù)組、簇和簇?cái)?shù)組等。當(dāng)外部數(shù)據(jù)連接到選擇框架上供其內(nèi)部節(jié)點(diǎn)使用時(shí)，選擇結(jié)構(gòu)的每一個(gè)子框架都能從該通道中獲得輸入的外部數(shù)據(jù)；當(dāng)選擇結(jié)構(gòu)內(nèi)部的數(shù)據(jù)需通過框架通道送至外部時(shí)，必需在每一個(gè)子框架中都連接一個(gè)同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)到同一個(gè)框架通道上。其重復(fù)第五章 相位差原理在 LABVIEW 中的應(yīng)用 19 端口相當(dāng)于 C 語(yǔ)言 For 中的 I，初始值為 0，每次循環(huán)遞增步長(zhǎng)為 1。這是因?yàn)?LABVIEW 已經(jīng)知道了元素的個(gè)數(shù)，而且自動(dòng)變址功能會(huì)為用戶自動(dòng)處理迭代：用戶所要做的所有事情是將數(shù)組裝入循環(huán)，迭代次數(shù)會(huì)與數(shù)組中的元素的個(gè)數(shù)相等。布爾型前面板對(duì)象包含在控制模板 Boolean 子模板中。設(shè)在周期函數(shù)的一個(gè)周期內(nèi)有 N 個(gè)采樣點(diǎn)，且每?jī)蓚€(gè)采樣點(diǎn)間的時(shí)間相同，則有： 1011011122( ) c os22()NkNkkxkNNkb x k si nNNaarc tanb????????????1a 第四章 相位差測(cè)量方法原理簡(jiǎn)介 15 對(duì)于兩個(gè)周期信號(hào)函數(shù) 1()xt和 2()xt，他們的基波傅里葉系數(shù)分別為： 110111 10111111121 20121 2021212122( ) c o s22()22( ) c o s22()NkNkNkNkkxkNNkb x k si nNNaa rct a nbkxkNNkb x k si nNNaa rct a nb????????????????????????11aa 則 1()xt的基波分量與 2()xt的基波分量的相位差為： 1 1 2 11 1 2 11 1 2 1aa= = a r c ta n a r c ta nbb? ? ? 零點(diǎn)檢測(cè)法測(cè)量相位差原理 過零檢測(cè)法的基本原理可以有式（ 1）來表示，其中 T 為被測(cè)信號(hào)的周期， t 為被測(cè)信號(hào)過零點(diǎn)的時(shí)間差，相應(yīng)的相位差 ? 為： t= 360T? ? （ 1） 這種相位差測(cè)量的方法多基于傳統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn)。 ( ) si n( )x t A t y t B t? ? ?? ? ?。使用控制模板可以給前面板增加輸入控件和輸出指示器。 LABVIEW應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室研究與自動(dòng)化 LABVIEW 為科學(xué)家和工程師提供功能強(qiáng)大的高級(jí)數(shù)學(xué)分析庫(kù)，包括統(tǒng) 計(jì)、估計(jì)、回歸分析、線性代數(shù)、信號(hào)生成算法、時(shí)域和頻域算法等眾多科學(xué)領(lǐng)域，可滿足各種計(jì)算機(jī)和分析需要。 數(shù)據(jù)采集、儀器控制、過程監(jiān)控和自動(dòng)測(cè)試是實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛存在的實(shí)際任務(wù)。相位差測(cè)量在動(dòng)態(tài)測(cè)試，如：振動(dòng)和噪聲控制，傳感器的校準(zhǔn)，以及超聲測(cè)距和成像等領(lǐng)域越來越重要。如果電路含有電感和電容，交流電壓和交流電流的相位差一般是不等于零的，也就是說一般是不同相的，或者電壓超前于電流，或者電流超前于電壓。如虛擬函數(shù)發(fā)生器、虛擬示波器等。 NI 的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的 I/O 設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。 NI 高性能的硬件產(chǎn)品結(jié)合靈活的開發(fā)軟件，可以為負(fù)責(zé)測(cè)試和設(shè)計(jì)工作的工程師們創(chuàng)建完全自定義的測(cè)量系統(tǒng)，滿足各種獨(dú)特的應(yīng)用要求。只有同時(shí)擁有高效的軟件、模塊化 I/O 硬件和用于集成的軟硬件平臺(tái)這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技 術(shù)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越第一章 引言 2 強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。電路的溫漂，噪聲級(jí)干擾信號(hào)，都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差，因此，傳統(tǒng)的相位差檢測(cè)方法正逐漸被軟件測(cè)量方法所替代，通過軟件 算法來消除溫漂，噪聲及干擾信號(hào)的影響，使測(cè)量結(jié)果更加精確。最后是對(duì)本次設(shè)計(jì)的總結(jié)。 論文的第一部分是對(duì)虛擬儀器，主要是虛擬儀器的大體介紹和相位差測(cè)量?jī)x的在工業(yè)上的應(yīng)用；第二部分主要是對(duì) LABVIEW 的簡(jiǎn)介和其運(yùn)行的環(huán)境的概述；第三部分主要講述 本次課程設(shè)計(jì)中要用到 LABVIEW 中的功能函數(shù)以及相關(guān)法、頻譜分析法等相位差測(cè)量方法原理；第四部分則列出本次課程設(shè)計(jì)要用到的 LABVIEW 的內(nèi)容及各種方法在 LABVIEW 平臺(tái)下的實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)電子模擬式相位差測(cè)量采用乘法器法，二極管鑒相法等，有硬件電路完成。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。這也正是 NI 近 30 年來始 終引領(lǐng)測(cè)試測(cè)量行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的原因所在。無論您是使用 PCI, PXI, PCMCIA, USB或者是 1394 總線， NI 都能提供相應(yīng)的模塊化的硬件產(chǎn) 品，產(chǎn)品種類從數(shù)據(jù)采集、信號(hào)條理、聲音和振動(dòng)測(cè)量、視覺、運(yùn)動(dòng)、儀器控制、分布式 I/O 到 CAN 接口等工業(yè)通訊，應(yīng)有盡有。 虛擬儀器技術(shù)的四大優(yōu)勢(shì)： ： 虛擬儀器技術(shù)是在 PC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的 PC 技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件 I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜 ，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間。該儀器的主要特點(diǎn)如下：采用了 Labview 作為開發(fā)平臺(tái)，軟件編程方便、簡(jiǎn)潔、效率高；利用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)可測(cè)量?jī)蓚€(gè)同頻信號(hào)的相位差；在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，通過改變軟件的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)別的儀器的功能。這種情況叫做同相位，或者叫做同相。比如：在實(shí)際工作中，常常會(huì)遇到兩列頻率相同的信號(hào)之間存在相位差，那么就需 要測(cè)量他們之間的相位差，電力系統(tǒng)中電網(wǎng)并網(wǎng)合閘時(shí)，要求兩電網(wǎng)的電信號(hào)之間的相位相同，這時(shí)要精確測(cè)量?jī)闪泄ゎl信號(hào)之間的相位差。 LABVIEW的概述 LABVIEW 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench） 的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)國(guó)家儀器公司（ NATIONAL INSTRUMENTS,簡(jiǎn)稱 NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。對(duì)于更為復(fù)雜、更專 業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，在 LABVIEW基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 Bridge VIEW 是更好的選擇。控件模板功能強(qiáng)大， 通 過 這些子模板可以找到創(chuàng)建程序所需 的所有對(duì)象工具。 第三章 編程軟件 LABVIEW 的簡(jiǎn)介 13 第四章 相位差測(cè)量方法原理簡(jiǎn)介 相關(guān)法相位差測(cè)量相位差原理 1)根據(jù)互相關(guān)函數(shù) 特性求出兩信號(hào)的初相位 兩信號(hào)的互相關(guān)函數(shù) ^ ()Rxy? 不是偶函數(shù)，根據(jù)其定義可證明 ^^( ) ( )R xy R xy????，此式說明，互相關(guān)函數(shù)與兩信號(hào)的相位差? 和延遲量 ? 有關(guān)，當(dāng) 0?? 時(shí)， ^ (0)Rxy 就只與兩信號(hào)的相位差? 有關(guān)．基于此可求出 ? 設(shè) ( ) si n 。 在以計(jì)算機(jī)為核心的虛擬測(cè)試儀中，模擬信號(hào) ()xt 在進(jìn)入計(jì)算機(jī)前先 經(jīng)采樣器將連續(xù)信號(hào)變?yōu)殡x散時(shí)間信號(hào)，而后再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器變?yōu)殡x散信號(hào)。 在 LABVIEW 中布爾型數(shù)據(jù)即邏輯型數(shù)據(jù)，它的值為真(true)或假 (false)，或者為 1 或 0。大多數(shù)情況下，用戶使用 For循環(huán)處理數(shù)組?？蚣芡ǖ烙袃擅嫒斗N屬性：有索引 (Enable Indexing)和無索引 (Disable Indexing). For 循環(huán)執(zhí)行的是包含在循環(huán)框架內(nèi)的程序節(jié)點(diǎn)。選擇結(jié)構(gòu)的邊框通道與 For 循環(huán)相類似，但有其自身特點(diǎn)。基本運(yùn)算節(jié)點(diǎn)支持?jǐn)?shù)值輸入。中 LABVIEW 中可以進(jìn)行以下幾種類型的比較：數(shù)字值的比較、布爾值的比較字符串的比較以用簇的比較。在 LABVIEW 上可以創(chuàng)建數(shù)字類型、字符串類型、布爾類型以及其他任何數(shù)據(jù)類型的數(shù)組。其輸入為一個(gè) n 維數(shù)組，輸出為該數(shù)組各維包 含元素的個(gè)數(shù)。數(shù)組的維數(shù)由節(jié)點(diǎn)左側(cè) dimension size 端口的個(gè)數(shù)決定，數(shù)組中所有元素都相同，均等于輸入的 element 值。例如數(shù)組，你也可以直接從 Control 工具板上直接拖取對(duì)象堆放到簇中。如果你刪除了一個(gè)元素，序號(hào)將自動(dòng)調(diào)整。右圖中Bundle圖標(biāo)中部的 Claster端子用于用新元素重置原簇中的元素。 按照處理測(cè)量數(shù)據(jù)的方式和顯示過程的不同， LABVIEW 波形顯示控件主要分為兩大類，一類為事后 記錄呼（ Graph） ,另一類為實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖（ Chart），這兩類控件都是用來對(duì)波形或圖形進(jìn)行顯示的，它們的區(qū)別在于兩面三刀者的數(shù)據(jù)組織方式及波形刷新方式不，同。 設(shè)計(jì)完畢的儀器前面板和框圖程序見圖 (52)和（ 53），第五章 相位差原理在 LABVIEW 中的應(yīng)用 28 在儀器的前面板中可模擬真是儀器，用鼠標(biāo)任意改變 2 個(gè)波形的幅值、初相位、周期和采樣點(diǎn)數(shù)等，然后運(yùn)行即可顯示波形和相位差。 設(shè)計(jì)出來的前面板和程序框圖如下圖所示，可以看到此種方法明顯要比上面的相關(guān)法測(cè)量相位差結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的多。 頻譜分析法相位差測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)的流程圖如下： 第五章 相位差原理在 LABVIEW 中的應(yīng)用 31 第五章 相位差原理在 LABVIEW 中的應(yīng)用 32 （圖 57）頻譜分析法測(cè)量相位差